含鎳電鍍廢水在線循環(huán)處理工程實例

水處理網(wǎng)訊:電鍍行業(yè)是全世界三大污染工業(yè)之一，其產(chǎn)生的廢水中不僅含有氰化物及大量有機污染物，還含有銅、鎳、鉻等重金屬污染物。其中，鎳是常見的致癌性重金屬，無法被生物降解，其通過食物鏈的積累作用會對環(huán)境與人類健康產(chǎn)生嚴重危害。隨著日益嚴格的環(huán)保標準及清潔生產(chǎn)要求的頒布，部分地區(qū)對電鍍廢水的排放已要求達到《電鍍污染物排放標準》（GB 21900—2008）的表3標準，企業(yè)面臨電鍍廢水提標改造的技術(shù)難題。

目前，含鎳電鍍廢水常用的處理工藝包括化學沉淀法、生物法、吸附法和離子交換法等?；瘜W沉淀法會造成二次污染，并且存在可逆反應，出水鎳含量難以達到GB 21900—2008表3標準；生物法處理出水中含有大量微生物，難以直接回用；吸附法是將重金屬進行吸附轉(zhuǎn)移，吸附載體則難以處理。因此，開發(fā)高效率、低成本處理工藝對于解決電鍍廢水環(huán)境污染問題具有重要意義。

筆者以福建某電鍍廠含鎳廢水為處理對象，開發(fā)了以離子交換和鐵基催化氧化為核心的含鎳電鍍廢水處理工藝。運行結(jié)果表明，該工藝實現(xiàn)了水資源的在線循環(huán)利用與硫酸鎳的回收，具有良好的環(huán)境效益與經(jīng)濟效益。

1 廢水來源與工藝流程

福建某電鍍廠主要開展銅合金、鋅合金、塑料、不銹鋼等材質(zhì)的零部件加工，選取其中一條鍍鎳生產(chǎn)線產(chǎn)生的含鎳清洗廢水作為處理對象。該廢水總量約為20 m3/d，其水質(zhì)見表 1。

該含鎳電鍍廢水中的鎳主要包括硫酸鎳、氯化鎳及化學鎳。由于化學鍍鎳過程中需添加檸檬酸鹽、醋酸、銨鹽等大量的絡合劑及穩(wěn)定劑、光亮劑，廢水污染物成分復雜，大大增加了處理難度。采用現(xiàn)有處理工藝（主要包括破絡、混凝、沉淀等）對其進行處理，出水重金屬指標不僅無法達到GB 21900—2008表3標準，還產(chǎn)生了大量含鎳污泥。這些污泥作為危廢委外處理，不僅浪費了資源，而且處理費用高。

針對該企業(yè)含鎳電鍍廢水重金屬含量高、有機物成分復雜且難生物降解的水質(zhì)特征，開發(fā)了以離子交換和鐵基催化氧化為核心的含鎳電鍍廢水處理集成工藝。離子交換技術(shù)不僅可使廢水重金屬指標達到排放標準，還可回收重金屬鎳；鐵基催化氧化技術(shù)為微電解耦合Fenton氧化反應，可高效、快速降解含鎳廢水中的有機物，產(chǎn)水可直接回用于電鍍生產(chǎn)線。含鎳電鍍廢水處理工藝流程如圖 1所示。

廢水首先通過平板膜過濾系統(tǒng)去除其中的懸浮物及雜質(zhì)，然后經(jīng)保安過濾器進入離子交換系統(tǒng)回收金屬鎳離子。

離子交換系統(tǒng)出水進入鐵基催化氧化系統(tǒng)，通過強化微電解與Fenton氧化反應降解有機物，然后經(jīng)過反滲透系統(tǒng)降低廢水的電導率，保證出水可回用于電鍍生產(chǎn)線。

該處理集成技術(shù)具有污泥產(chǎn)量低、運行成本低的優(yōu)勢，可實現(xiàn)水資源的在線循環(huán)利用與重金屬鎳的回收。

2 主要構(gòu)筑物

2.1 平板膜過濾系統(tǒng)

平板膜過濾系統(tǒng)尺寸為2.5 m×2.0 m×2.0 m，過濾精度約為0.1 μm，共1座，有效容積2.5 m3。內(nèi)設平板膜組件1套，膜成分為碳化硅復合材料。設提升泵2臺，流量2 m3/h，揚程32 m，功率0.75 kW。設鼓風機1臺，最大風量1.67 m3/min。

碳化硅平板膜具有親水性好、機械強度高、耐酸堿、孔隙率高、過濾精度高等優(yōu)點。該過濾系統(tǒng)可攔截廢水中的懸浮物，防止后續(xù)離子交換系統(tǒng)與鐵基催化氧化系統(tǒng)發(fā)生污堵。平板膜的設計處理能力為50 m3/d，運行時控制廢水流量為1.2 m3/h。

當產(chǎn)水壓力增大或流量降低時，需要同時開啟鼓風機和反洗泵，對平板膜進行清洗。定期清理污泥，將其排入企業(yè)的污泥池進行壓濾處理。連續(xù)運行后，平板膜過濾系統(tǒng)運行穩(wěn)定，產(chǎn)水流量為1.2 m3/h，出水濁度＜10 NTU。

2.2 離子交換系統(tǒng)

離子交換系統(tǒng)采用弱酸陽離子交換樹脂。運行前，采用NaOH將樹脂由H型轉(zhuǎn)為Na型，這是因為Na型樹脂對Ni2+的交換吸附能力比H型更強。

運行時，含鎳電鍍廢水經(jīng)過樹脂層，廢水中的Ni2+與樹脂上的Na+進行置換。當樹脂吸附飽和后，采用H2SO4進行脫附再生，此時樹脂為H型，獲得的高濃度NiSO4溶液可用于鍍槽鍍液的補充。之后，采用NaOH將樹脂由H型轉(zhuǎn)為Na型，再次吸附Ni2+。酸洗再生后樹脂會殘留游離酸，堿洗轉(zhuǎn)型后樹脂會殘留游離堿，因此需要用水清洗。

離子交換系統(tǒng)主體為UPVC材料的圓柱罐，尺寸為D 0.5 m×2.0 m，共4臺，3用1備。柱內(nèi)裝填改性鈉型金屬螯合樹脂，填充高度1.0 m。設有布水和布氣管路，配套精密過濾器、儲液罐、反洗系統(tǒng)及電控單元。精密過濾器1臺，304不銹鋼材質(zhì)，PP濾芯，尺寸為D 200 mm×420 mm，流量2 m3/h。設提升泵1臺，流量2 m3/h，揚程32 m，功率0.75 kW。收集水箱和中間水箱各1臺，PE材質(zhì)，有效容積5 m3。平板膜過濾系統(tǒng)處理后的含鎳廢水經(jīng)收集水箱進入樹脂柱底部，運行時控制進水流量為1.2 m3/h。

系統(tǒng)采用上向流方式，與樹脂充分反應后從樹脂柱頂部流出，進入中間水箱。經(jīng)離子交換系統(tǒng)處理的出水pH上升至5~6，節(jié)省了中和堿成本，有效緩解了強酸性對后續(xù)工藝和設備的沖擊。

2.3 鐵基催化氧化系統(tǒng)

鐵基催化氧化系統(tǒng)為微電解耦合Fenton氧化反應，主要通過氧化還原作用將含鎳電鍍廢水中的有機物氧化降解為CO2和H2O。

一方面，鐵基填料中的鐵與碳之間可形成無數(shù)個微電池，產(chǎn)生大量的新生態(tài)的Fe2+、[H]等，并與水中有機物發(fā)生氧化還原反應，使之降解；另一方面，微電解產(chǎn)生的Fe2+與系統(tǒng)運行過程中投加的H2O2快速反應，形成Fenton反應，產(chǎn)生的·OH進一步降解有機物，不僅節(jié)省了亞鐵鹽的投加，并且提高了處理效果。

鐵基催化氧化系統(tǒng)主體為UPVC材料的圓柱罐，尺寸為D 0.5 m×2.0 m，共2臺，串聯(lián)。填料填充高度為1.0 m，要求進水pH為弱酸性，配套H2O2加藥箱、反洗系統(tǒng)及電控單元。經(jīng)離子交換系統(tǒng)處理的電鍍廢水從中間水箱進入鐵基催化氧化系統(tǒng)，在運行過程中投加H2O2。連續(xù)運行結(jié)果表明，鐵基催化氧化系統(tǒng)處理出水COD＜30 mg/L。

2.4 反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)主體采用4支膜組件，尺寸D 0.1 m×1.0 m，2支先并聯(lián)，再與其他2支串聯(lián)。配套提升泵、阻垢劑加藥裝置、產(chǎn)水罐及電控單元。反滲透系統(tǒng)運行過程中，控制純水與濃水的流量比為3:2。電鍍廢水的進水電導率為593.8~5 711 μS/cm，經(jīng)過反滲透系統(tǒng)處理后電導率降至30 μS/cm以下，出水水質(zhì)優(yōu)于電鍍廠現(xiàn)階段使用的清洗水，可將其回用于電鍍生產(chǎn)線。反滲透系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水進入電鍍廠現(xiàn)有綜合廢水處理系統(tǒng)進行集中處理。

3 運行情況

3.1 重金屬的處理效果

圖2~圖4分別為含鎳電鍍廢水處理前后廢水中Ni2+、Cu2+及總Cr的變化情況。

運行結(jié)果表明，進水Ni2+質(zhì)量濃度為67~3 574 mg/L，水質(zhì)波動較大，經(jīng)處理后，出水Ni2+質(zhì)量濃度＜0.1 mg/L；進水Cu2+質(zhì)量濃度為0.4~2.7 mg/L，經(jīng)處理后，出水Cu2+質(zhì)量濃度＜0.02 mg/L；進水總Cr質(zhì)量濃度為0.10~0.26 mg/L，經(jīng)處理后，出水總Cr質(zhì)量濃度＜0.1 mg/L。處理后，廢水中的Ni2+、Cu2+及總Cr的含量均滿足GB 21900—2008表3的標準。離子交換樹脂經(jīng)過脫附獲得質(zhì)量濃度為41.6 g/L的NiSO4溶液，可直接回用于鍍槽。

3.2 COD的處理效果

圖5為含鎳電鍍廢水處理前后廢水COD的變化情況。

由圖 5可知，進水COD為27~82 mg/L，經(jīng)處理后，出水COD為10~23 mg/L，低于GB 21900—2008表3的標準。長時間運行、取樣及檢測結(jié)果顯示，含鎳電鍍廢水在流量為1.2 m3/h的條件下，出水COD能保持穩(wěn)定狀態(tài)，說明該系統(tǒng)對COD有較好的處理效果。

3.3 電導率的變化情況

圖 6為含鎳電鍍廢水處理前后廢水電導率的變化情況。

由圖 6可知，進水電導率為593.8~5 711 μS/cm，經(jīng)處理后，出水電導率降至10.25~27.05 μS/cm，將其回用于電鍍廢水處理工藝，其水質(zhì)優(yōu)于現(xiàn)階段電鍍生產(chǎn)所用的清洗水。

3.4 直接運行費用

含鎳電鍍廢水在線循環(huán)處理工程的直接運行費用主要為藥劑費、電費及人工費。藥劑費為7.24元/m3，包括H2O2、H2SO4、NaOH、阻垢劑的投加及填料定期更換（鐵基材料是易耗品，更換費用應該計入）；電費以當?shù)仉妰r0.6元/（kW·h）計算，噸水電耗約為4.4 kW·h，則電費為2.64元/m3；人工費為2.5元/m3。該工程直接運行費用為12.38元/m3，低于企業(yè)現(xiàn)階段40元/m3的運行成本。

4 工藝優(yōu)勢

（1）含鎳電鍍廢水的預處理工藝采用碳化硅平板膜過濾系統(tǒng)，該系統(tǒng)過濾精度高、機械強度高、耐酸堿，適應含鎳廢水的強酸性環(huán)境，能夠去除含鎳廢水中的懸浮物，可確保后續(xù)離子交換系統(tǒng)與鐵基催化氧化系統(tǒng)的正常運行。

（2）離子交換系統(tǒng)采用鈉型金屬螯合樹脂，可選擇性吸附重金屬。樹脂經(jīng)多次再生后對Ni2+仍有較高的吸附效率，可保證系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行。樹脂經(jīng)脫附后可獲得高濃度NiSO4溶液，將其回用于電鍍生產(chǎn)，可降低原料成本。

（3）鐵基催化氧化系統(tǒng)的原理是微電解耦合Fenton氧化反應，鐵基填料中的鐵與碳之間形成的微電池，可產(chǎn)生大量的[H]和Fe2+，通過投加H2O2也促使鐵氧化物產(chǎn)生·OH，無選擇性且快速地降解有機物，從而降低了電鍍廢水中的COD。該工藝節(jié)能環(huán)保、處理效率高、操作簡便，非常適用于含鎳電鍍廢水的在線循環(huán)處理。

（4）含鎳電鍍廢水經(jīng)在線循環(huán)處理后，出水Ni2+、Cu2+、總Cr及COD含量均達到GB 21900—2008表3的標準。系統(tǒng)運行過程不會產(chǎn)生含重金屬污泥，僅有少量懸浮物污泥。

5 結(jié)論

以福建某電鍍廠含鎳廢水為處理對象，開發(fā)了以離子交換和鐵基催化氧化為核心的含鎳電鍍廢水在線循環(huán)處理技術(shù)。運行結(jié)果表明，處理出水中的Ni2+、Cu2+、總Cr、COD含量均達到GB 21900—2008 表3的標準。經(jīng)反滲透系統(tǒng)處理后，產(chǎn)水電導率低于30 μS/cm，出水水質(zhì)明顯改善，可直接回用于電鍍生產(chǎn)線。本工程處理效率高、運行成本低、產(chǎn)泥量少，不僅實現(xiàn)了電鍍行業(yè)水資源在線循環(huán)，提高了電鍍產(chǎn)品的質(zhì)量，而且實現(xiàn)了重金屬鎳的有效回收，促進了電鍍行業(yè)環(huán)境效益與經(jīng)濟效益的協(xié)調(diào)發(fā)展。

原標題:工業(yè)水處理｜含鎳電鍍廢水在線循環(huán)處理工程實例